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FR3026827B1 - Chambre de combustion de turbomachine - Google Patents

Chambre de combustion de turbomachine Download PDF

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FR3026827B1
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Nicolas Lunel Romain
Olivier Marie Noel Thomas
Francois Rullaud Matthieu
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Safran Aircraft Engines SAS
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Safran Aircraft Engines SAS
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Abstract

L'invention concerne une chambre de combustion pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant une virole annulaire interne (12) et une virole annulaire externe (14) reliées à leurs extrémités amont par une paroi annulaire de fond de chambre (48), ladite chambre comportant des déflecteurs (50) montés en aval de la paroi annulaire de fond de chambre (48). Des injecteurs (19) sont montés dans des manchons (44) dont au moins un comprend une collerette annulaire radiale (66) qui est agencée à coulissement radial entre le fond de chambre (48) et le déflecteur (50) et qui est bloquée axialement entre le fond de chambre (48) et le déflecteur (50).

Description

CHAMBRE DE COMBUSTION DE TURBOMACHINE
La présente invention concerne une chambre de combustion dans une turbomachine, ainsi qu’une turbomachine équipée d’une chambre de combustion.
De manière connue, une chambre annulaire de combustion comprend deux viroles annulaires coaxiales interne et externe, reliées l’une à l’autre à leurs extrémités amont par une paroi annulaire dite de fond de chambre comportant des ouvertures de passage de tête d’injecteurs. Chaque injecteur est engagé dans un manchon de centrage qui est déplaçable en direction radiale dans des moyens de support solidaires du fond de chambre.
Dans la technique actuelle, le manchon porte à son extrémité aval une collerette annulaire s’étendant radialement vers l’extérieur et montée à coulissement dans une gorge annulaire formée dans des moyens de support solidaires de la paroi annulaire de fond de chambre.
La gorge annulaire permet un déplacement radial et circonférentiel du manchon logeant l’injecteur afin de compenser les tolérances de fabrication pouvant conduire à des défauts d’alignement de l’injecteur avec l’axe d’injection de carburant entre les viroles interne et externe de la chambre de combustion. Elle permet également de compenser les dilatations différentielles en fonctionnement entre l’injecteur et la chambre.
La gorge annulaire de déplacement radial du manchon est définie par des moyens de retenue axialement vers l’amont et vers l’aval de la collerette annulaire radiale. En pratique, les moyens de retenue axialement vers l’aval sont formés par une paroi annulaire radiale aval d’un fourreau annulaire fixé sur le fond de chambre annulaire, la paroi annulaire radiale étant reliée à un rebord cylindrique s’étendant vers l’amont et sur lequel est fixé par soudage ou brasure une rondelle rapportée sur le rebord cylindrique et délimitant avec la paroi annulaire radial la gorge précitée.
Cette rondelle est donc fixée de manière indémontable sur le fourreau. Dans le cas où il est nécessaire d’effectue un démontage de l’injecteur et du manchon, on est amené à dessouder ou supprimer la brasure de la rondelle, ce qui constitue une opération délicate car le fourreau qui est fixé sur la paroi annulaire de fond de chambre ne doit pas être endommagé. Par ailleurs, on a constaté des ruptures des cordons de soudure, ce qui n’est pas admissible, et ne permet pas de garantir une intégrité mécanique parfaite des systèmes d’injection de carburant. L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes de l’art antérieur décrit précédemment. A cet effet, elle propose une chambre de combustion pour une turbomachine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant une virole annulaire interne et une virole annulaire externe reliées à leurs extrémités amont par une paroi annulaire de fond de chambre, ladite chambre comportant des déflecteurs montés en aval de la paroi annulaire de fond de chambre, des injecteurs étant montés dans des manchons dont au moins un comprend une collerette annulaire radiale agencée à coulissement radial entre le fond de chambre et le déflecteur et bloquée axialement entre le fond de chambre et le déflecteur. L’invention permet de supprimer le fourreau de fixation de chaque injecteur et donc de réduire la masse de la chambre de combustion. Selon l’invention, l’espacement axial entre le déflecteur et la paroi annulaire de fond de chambre sert à loger la collerette du manchon qui peut y coulisser radialement librement, ce qui permet également de réduire l’encombrement axial de la chambre de combustion en utilisant ledit espacement qui n’était pas utilisé dans la technique antérieure.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la chambre de combustion comprend des premiers moyens de butée en rotation du manchon sur le déflecteur et des seconds moyens de butée en rotation du déflecteur sur le fond de chambre. L’anti-rotation du manchon par rapport à ’axe de l’injecteur est ainsi réalisée par l’intermédiaire du déflecteur ui-même bloqué en rotation sur la paroi annulaire de fond de chambre.
Dans une réalisation de l’invention, la collerette porte au moins un organe faisant saillie radialement vers l’extérieur et agencé axialement antre le fond de chambre annulaire et le déflecteur pour le blocage axial du manchon sur le fond de chambre et le déflecteur.
Préférentiellement, les premiers moyens de butée en rotation comprennent une rainure radiale formée sur la face amont du déflecteur et dans laquelle est engagé ledit organe.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le déflecteur comprend une paroi annulaire central d’axe celui de l’injecteur et s’étendant axialement vers l’amont et traversant une ouverture de passage d’un injecteur de la paroi annulaire de fond de chambre, ladite paroi annulaire du déflecteur comprenant une encoche de montage à coulissement axial de la collerette jusque dans ladite rainure du déflecteur.
Avantageusement, les seconds moyens de butée en rotation comprennent un ergot formé sur le bord périphérique interne de ladite ouverture du fond de chambre et s’étendant en saillie radialement vers l’intérieur dans ladite encoche.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, une bague est vissée sur la périphérie externe de la paroi annulaire central et appliquée sur le pourtour de la face amont de l’ouverture du fond de chambre.
Ce montage assure un blocage axial du déflecteur sur la paroi annulaire du fond de chambre.
La bague peut être soudée sur la paroi annulaire du déflecteur pour éviter un dévissage en fonctionnement de la bague.
Le manchon peut comprendre deux organes formant chacun une patte s’étendant radialement vers l’extérieur, de préférence diamétralement opposée l’une à l’autre.
La paroi annulaire de fond de chambre et le déflecteur comprennent avantageusement des perçages de passage d’air de ventilation.
Préférentiellement, la collerette annulaire comprend une rangée annulaire d’orifices dont les axes débouchent en direction d’un rebord annulaire radial du manchon qui est agencé en aval.
Les orifices de la collerette permettent de refroidir le rebord annulaire radial de manière efficace du fait de l’orientation des axes des orifices perpendiculaire au rebord radial et de la distance réduite entre la collerette et le rebord annulaire radial. L’invention concerne encore une turbomachine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant une chambre de combustion comme ci-dessus. L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale de la partie amont d’une chambre de combustion selon la technique antérieure ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale de la partie amont d’une chambre de combustion selon l’invention ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective depuis l’amont en coupe selon un plan passant contenant l’axe d’un injecteur et l’axe de la chambre de combustion ; - la figure 4 est une vue schématique en perspective depuis l’amont d’un dispositif d’injection dans une chambre de combustion selon l’invention ; - la figure 5 est une vue schématique en perspective d’un déflecteur seul ; - la figure 6 est une vue schématique en perspective d’un manchon de centrage d’un injecteur et d’un déflecteur associé ; - la figure 7 est une vue schématique en perspective similaire à la figure 4 sans la bague de serrage ;
On se réfère tout d’abord à la figure 1 qui représente la partie amont d’une chambre de combustion 10 de turbomachine selon la technique connue comprenant deux viroles annulaires interne 12 et externe 14 s’étendant autour de l’axe 16 de la chambre de combustion 10 et fixées à leurs extrémités amont sur une paroi annulaire de fond de chambre 18 s’étendant entre les parois de révolution interne 12 et externe 14 et traversé par des injecteurs 19 de carburant d’axe 21. Le fond de chambre annulaire 18 comprend une paroi annulaire radiale 20 reliée à sa périphérie radialement externe à un rebord cylindrique externe 22 s’étendant vers l’amont et fixé sur l’extrémité amont de la virole externe 14. La paroi annulaire radiale 20 du fond de chambre 18 est reliée à sa périphérie radialement interne à un rebord cylindrique interne 26 s’étendant vers l’amont et fixé sur l’extrémité amont de la virole interne 12.
La paroi annulaire radiale du fond de chambre 18 comprend une pluralité d’ouvertures alignées chacune avec une ouverture d’un déflecteur 28 agencé en aval de la paroi annulaire 20 radiale du fond de chambre 18. Les déflecteurs 28 sont destinés à protéger le fond de chambre 18 de la flamme formée en aval entre les viroles interne 12 et externe 14.
Chaque injecteur 19 est engagé axialement dans des moyens de 30 centrage librement déplaçables en direction radiale dans des moyens de support 32 solidaires du fond de chambre annulaire 18.
Les moyens de support 32 de chaque injecteur 19 comprennent fourreau formé d’une paroi annulaire radiale 34 fixée autour de l’ouverture de passage de l’injecteur 19 et sur la face amont de la paroi annulaire radiale 20 du fond de chambre 18. La paroi annulaire radiale 34 est reliée à son extrémité radialement externe à un rebord cylindrique 36 s’étendant vers l’amont.
Dans la technique antérieure (figure 1), pour chaque système d’injection, une rondelle 38 est fixée par soudage ou brasage de sa périphérie radialement externe sur l’extrémité amont du rebord cylindrique 36 du fourreau.
Dans la technique connue, les moyens de centrage de chaque injecteur 19 comprennent une partie cylindrique 40 traversée axialement par la tête de l’injecteur 19 et reliée en aval à une collerette annulaire 42 s’étendant radialement vers l’extérieur et montée à coulissement radial dans la gorge annulaire délimitée en amont par la rondelle 38 et en aval par la paroi annulaire radiale 34. Le fond de la gorge est délimité extérieurement par le rebord cylindrique 36.
Comme expliqué dans ce qui précède, les cordons de soudure qui maintiennent les rondelles 38 peuvent être fragilisés et sont ainsi susceptibles de se rompre en fonctionnement, ce qui impacte l’injection de carburant entre les parois de révolution interne 12 et externe 14.
Selon l’invention décrite en références aux figures 3 à 7, chaque injecteur est engagé dans un manchon 44 qui est engagé à coulissement radial entre la paroi annulaire radiale 46 du fond de chambre 48 et le déflecteur 50 et qui est également bloqué axialement vers l’amont par la paroi annulaire radiale 46 du fond de chambre 48 et axialement vers l’aval par le déflecteur 50.
Chaque déflecteur 50 présente une forme générale de secteur angulaire et comporte une paroi annulaire cylindrique centrale 52 s’étendant vers l’amont, un bord périphérique interne 54 et un bord périphérique externe 56 reliés par des bords latéraux radiaux 58 (figure 4). Les déflecteurs 50 sont disposés de façon adjacente circonférentiellement de manière à former une couronne annulaire radiale protégeant thermiquement la paroi annulaire de fond de chambre 48. La paroi annulaire centrale 52 de chaque déflecteur 50 comprend sur sa surface externe un filetage destiné à recevoir par vissage une bague 60 comme cela est représenté aux figures 3 et 4.
Les bords périphériques interne et externe 54, 56 comportent respectivement des rebords s’étendant vers l’aval, parallèlement aux viroles interne et externe 12, 14 et espacés de ces dernières d’une distance non nul.
La paroi annulaire centrale 52 de chaque déflecteur 50 comprend deux encoches radiales 62 diamétralement opposées l’une à l’autre et débouchant à l’extrémité amont de la paroi annulaire centrale 52. Chaque encoche 62 débouche en aval dans une rainure radiale 64 formée sur la face amont du secteur du déflecteur 50. Comme représenté en figure 5, chaque rainure 64 est débouchante à ses extrémités radialement interne et externe.
Chaque manchon 44 comprend une paroi tronconique amont 76 s’évasant vers l’amont reliée à son extrémité aval à une paroi cylindrique 78 elle-même reliée à son extrémité aval à une paroi incurvée 80 convexe annulairement radialement vers l’intérieur dont l’extrémité aval se prolonge par un rebord annulaire radial 82 agencé en aval d’une collerette annulaire radiale 66 laquelle porte deux organes 68 ou pattes rectangulaires allongées en direction radiale depuis son bord périphérique. La collerette annulaire 66 est ainsi agencée sensiblement à l’aval du manchon 44 et s’étend annulairement autour de la paroi incurvée 80. La collerette annulaire 66 et le rebord annulaire radial 82 sont reliés intérieurement à une même paroi cylindrique 84. Avantageusement, la collerette 66 comprend des perçages 86 ou orifices (figure 3). Ces perçages 86 sont de préférence agencés de manière à former une rangée annulaire. Les axes des perçages sont parallèles à l’axe 21 de l’injecteur et sont dirigés vers le rebord annulaire radial 82. Ainsi, l’air qui circule d’amont en aval dans les perçages 86 impacte perpendiculairement le rebord annulaire 82 ce qui permet de bien le refroidir. De plus, l’agencement de la collerette annulaire 66 entre le fond de chambre 48 et un déflecteur 50 permet de réduire la distance axiale (selon l’axe de l’injecteur) entre chaque perçage 86 et le rebord annulaire 82 par rapport à la technique antérieure, limitant ainsi les dispersions du flux d’air et augmentant le refroidissement du rebord radial 82 exposé à la flamme de combustion.
Comme représenté en figure 6, le manchon 44 est engagé depuis l’amont de manière à ce que les pattes 68 coulissent dans les encoches 62 et viennent chacune se loger dans une rainure 64 du déflecteur 50.
Chaque rainure 64 forme ainsi des premiers moyens de butée en rotation du manchon 44 sur le déflecteur 50.
Le bord périphérique interne de l’ouverture de la paroi annulaire radiale 46 du fond de chambre 48 qui est alignée avec l’ouverture du déflecteur 50 comprend un ergot 70 en saillie radialement vers l’intérieur. Comme cela est visible en figure 7, l’ergot 70 est agencé dans l’encoche 62 et forme des seconds moyens de butée destinés à bloquer la rotation du déflecteur 50 sur la paroi annulaire radiale 46 de fond de chambre 48.
Ainsi, le manchon 44 est bloqué en rotation autour de l’axe 21 de l’injecteur 19 par l’intermédiaire du déflecteur 50 lui-même bloqué en rotation sur le fond de chambre 48.
Le montage est réalisé en insérant depuis l’aval l’ensemble formé du déflecteur 50 et du manchon 44 dans l’ouverture du fond de chambre 48. Par la suite la bague 60 est vissée depuis l’amont sur le pourtour externe de la paroi annulaire centrale 52 du déflecteur 50 de manière à venir s’appliquer sur la face amont de la paroi annulaire radiale 46 du fond de chambre 48. Un ou plusieurs cordons de soudure sont réalisés au niveau de la zone de contact entre la bague 60 et la paroi annulaire centrale 52 du déflecteur 50 de manière à éviter un desserrage en fonctionnement de la bague 60.
Selon l’invention, le manchon 44 est guidé à coulissement en direction radiale par l’intermédiaire des pattes radiales 68 qui coulissent dans les rainures 64 du déflecteur 50. Les pattes 68 du manchon 44 assurent un blocage axial du manchon 44 entre la paroi annulaire radiale 46 du fond de chambre 48 et le déflecteur 50. L’invention permet de supprimer le fourreau de la technique antérieure et permet de réduire l’encombrement axial de la partie amont de la chambre de combustion.
Dans la réalisation de l’invention représentée aux figures 2 à 4 et 7, les rebords périphériques interne 72 et externe 74 du fond de chambre 48 sont orientés vers l’aval et non vers l’amont. On comprend toutefois que ces rebords périphériques interne 72 et externe 74 peuvent également être orientés vers l’amont sans que cela n’affecte la définition de l’invention.
Bien que non représentés sur les figures, la paroi annulaire radiale 46 du fond de chambre 48 et le déflecteur 50 peuvent comprendre des orifices de passage d’air de ventilation.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS
    1. Chambre de combustion pour une turbomaehine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant une virole annulaire interne (12} et une virole annulaire externe (14) reliées à leurs extrémités amont par une paroi annulaire de fond de chambre (48), ladite chambre comportant des déflecteurs (50) montés en aval de la paroi annulaire de fond de chambre (48), des injecteurs (19) étant montés dans des manchons (44) dont au moins un (44) comprend une collerette annulaire radiale (68) agencée à coulissement radial entre ie fond de chambre (48) et le déflecteur (50) et bloquée axialement entre ie fond de chambre (48) et ie déflecteur (50), la chambre comprenant des premiers moyens (64) de butée en rotation du manchon sur ie déflecteur (50) et des seconds moyens (62) de butée en rotation du déflecteur (50) sur le fond de chambre (48), les premiers moyens de butée en rotation comprenant une rainure radiale (64) formée sur la face amont du déflecteur (50) et dans laquelle est engagé un organe porté par la collerette et faisant saillie radialement vers l’extérieur.
  2. 2. Chambre de combustion seion la revendication 1, dans laquelle l’organe est agencé axialement entre le fond de chambre annulaire (48) et le déflecteur (50) pour ie blocage axial du manchon (44) sur te fond de chambre (48) et le déflecteur (50).
  3. 3. Chambre selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le déflecteur (50) comprend une paroi annulaire centra! (52) d’axe celui de l’injecteur et s’étendant axialement vers l’amont et traversant une ouverture de passage d'un injecteur (19) de ia paroi annulaire de fond de chambre (48), ladite paroi annulaire du déflecteur (50) comprenant une encoche (62) de montage à coulissement axial de la collerette (68) jusque dans ladite (64) rainure du déflecteur (50).
  4. 4. Chambre de combustion selon la revendication 3, dans laquelle les seconds moyens de butée en rotation comprennent un ergot (70) formé sur te bord périphérique interne de ladite ouverture du fond de chambre et s’étendant en saillie radialement vers l’intérieur dans ladite encoche (62),
  5. 5. Chambre de combustion selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle une bague (60) est vissée sur ia périphérie externe de la paroi annulaire central (52) et appliquée sur te pourtour de la face amont de l’ouverture du fond de chambre (48).
  6. 8. Chambre de combustion selon l’une des revendications 2 à 5, dans laquelle te manchon comprend deux organes (68) formant chacun une patte s’étendant radialement vers i’extérieur, de préférence diamétralement opposée l’une à l’autre.
    7. Chambre de combustion selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle la paroi annulaire de fond de chambre (48) et le déflecteur (50) comprennent des perçages de passage d’air de ventilation.
    8. Chambre de combustion selon i’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la collerette annulaire (66) comprend une rangée annulaire d’orifices (86) dont les axes débouchent en direction d’un rebord annulaire radiai (82) du manchon qui est agencé en aval.
  7. 9. Turbomachine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur, caractérisée en ce qu’elle comprend une chambre de combustion seion l’une des revendications 1 à 8,
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